中國探路富氧燃燒碳捕獲技術

[“與國外由企業主導有所不同，中國的CCS技術（即碳捕獲與隔離）研究與試驗，肩負著更多的國家使命。”柳朝暉近日在接受本報記者采訪時坦言，空前的國際壓力迫使我們必須與時間賽跑]

風中捕碳，或許將再也不是環保愛好者們一廂情愿的幻想了，柳朝暉的團隊正在幫助他們實現這一點。

柳朝暉是華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室副主任，也是我國最大碳捕獲基地的技術掌門人，目前正在負責3MW富氧燃燒中試示范系統（下稱“3MW富氧燃燒裝置”）的新一輪調試。

所謂碳捕獲與隔離（CCS），是在二氧化碳產生之后對其進行處置，而不是一開始就設法減少二氧化碳的產生。該技術被認為是未來實現化石能源（特別是煤炭）利用中大規模減排二氧化碳的終極技術。

CCS的中國使命

3MW富氧燃燒裝置安置在武漢未來科技城中美清潔能源聯合研究中心內，高聳的中試裝置佇立在國家重點實驗室或國家工程中心等高端研發機構研發中心大片施工工地的中央，格外顯眼。

一輛運煤車停在中心門前，柳朝暉跳下車后，跟兩名工人談價。一番討價還價之后，最終卸下這車煤，柳朝暉要付給他們600塊錢。

在凜冽的寒風中，柳朝暉與另外兩名工作人員一鏟一鏟地向富氧燃燒裝置里添加煤炭燃料。之后再到二樓控制室通過電腦終端觀測裝置運行情況，并根據監控數據的變化調試每一個耦合接口，測試二氧化碳濃度……這樣的調試工作，柳朝暉每個月都要進行一到兩次，每調試一次，各項指標就離設計值更接近一些。

本月底，3MW富氧燃燒裝置將迎接國家驗收。這將是我國第一套10萬噸/年二氧化碳捕捉的富氧燃燒鍋爐系統，亦是我國自主研發富氧燃燒關鍵技術、裝備以及大型化的基地。

“別小看它。”柳朝暉指著3MW富氧燃燒裝置這一龐然大物，略帶興奮地告訴《第一財經日報》記者，這可是世界上僅有的三套富氧燃燒系統全流程驗證試驗裝置中的其中一套，另外兩套分別位于德國和澳大利亞。

“與國外由企業主導有所不同，中國的CCS技術（即碳捕獲與隔離）研究與試驗，肩負著更多的國家使命。”柳朝暉近日在接受本報記者采訪時坦言，空前的國際壓力迫使我們必須與時間賽跑。

我國正在遭遇出口產品被征內含碳排放調節稅等綠色貿易壁壘的發展風險。不僅如此，歐盟一項對所有進出歐盟的航空公司收取溫室氣體排放費用的“綠色天空”計劃，可能導致中國(含港澳臺)的33家航空公司需額外支付8億元，到2020年支付額將超過30億元，9年時間累計約176億元。

“盡管中國最終會承擔多大的減排任務，目前尚無定論。但從學術層面預測，這一時間點不會晚于2020年。”柳朝暉直言，“我們眼下所做的研究，其目的就是為了趕在2020年之前，掌握CCS技術，知道它的難點在哪，商用需要付出的代價等等，以便為國家屆時在制定相關宏觀決策時提供重要的參考。”

20年冷板凳

正因為肩負著國家使命，即便大到向科技部、國家能源局申請研究經費，小到采購調試試驗所需的煤炭等原材料，乃至請搬運原料的工人，柳朝暉及其同事們都得親力親為。團隊的中方隊長鄭楚光，甚至辭去了湖北省政協副主席的官職。

柳朝暉提到的鄭楚光，早在上世紀90年代便開始關注富氧燃燒技術。1995年，鄭楚光在國內率先開展了富氧燃燒技術的基礎研究。而此時，國內外都把CCS技術研究的焦點更多地投向燃燒前捕集和燃燒后捕集這兩類二氧化碳捕集方式。

燃燒前捕集主要運用于IGCC（整體煤氣化聯合循環）系統中，該技術的捕集系統小，能耗低，在效率以及對污染物的控制方面有很大的潛力，但同時面臨著投資成本和與現有發電裝備的承接問題。由于將現有煤粉鍋爐改建為IGCC幾乎不可能，IGCC技術僅適用于新電廠的建設。

燃燒后捕集則是在燃燒排放的煙氣中捕集二氧化碳，雖在能耗和設備緊湊性方面具有潛力，但也面臨降低成本和大規模減排的問題和要求。

不夸張地說，鄭楚光和富氧燃燒碳捕集法坐了近二十年的冷板凳。

直到奧巴馬政府上臺，美國能源部正式承諾投資10億美元用于位于伊利諾伊州的“FutureGen2.0”示范項目。

這筆資金主要用于把一家燃煤電廠改造成利用富氧燃燒技術生產清潔燃燒能源的工廠。這是將燃料在純氧而不是空氣中燃燒，產生了富含二氧化碳的氣體，可供捕集和封存的過程。

美國政府的這一轉變，對于在富氧燃燒領域默默耕耘了近二十年的鄭楚光團隊來說，無疑增添了信心。

終于在2006年，鄭楚光團隊建成了國內首套300kw富氧燃燒及污染物聯合脫除綜合實驗系統。這一系統被國家定為該方向的“973”、“863”以及國家自然科學基金重點課題。

國產化路徑

富氧燃燒是在傳統燃煤電站的技術流程大體不變的基礎上，通過空分技術，將空氣中的氧、氮分離，直接采用高濃度的氧氣與循環的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來替代空氣，一次得到富有高濃度二氧化碳煙氣的同時，還具有高效脫硫脫硝的綜合效果。

而眼下這套3MW富氧燃燒裝置更是國家全額投資4000萬元，由鄭楚光團隊牽頭，多個產業部門參與的國家級科技支撐項目計劃。

“這套3MW系統可以實現從空分—氧燃燒—煙氣凈化—壓縮純化的全系統耦合驗證，具有每年萬噸級的二氧化碳捕捉能力。”柳朝暉說，按照設計，該系統的二氧化碳濃度可達到95%，爐內噴鈣時，二氧化硫脫除率達93%~96%，氮氧化物脫除率達85%~89%，汞含量降低68%。

不過，受不同等級技術之間可復制性不高的特點，從中試到真正商用，前面還有很長一段路要走。

隨著本月底，3MW系統正式完成驗收，柳朝暉又將轉至“十二五”國家支撐計劃項目“35MWth富氧燃燒碳捕獲關鍵技術、裝備研發及工程示范”的研發戰場。旨在針對我國電力行業低碳發展的需求，自主研發富氧燃燒的重大關鍵技術和裝備。預計一期項目投資金額在8500萬元左右，項目將于2014年建成。建成后將成我國第一臺10萬噸/年級碳捕獲的富氧燃燒鍋爐，捕獲到的二氧化碳可儲存于鹽礦（二期）。

到2016年，我國將擁有百萬噸級碳捕集燃煤電廠富氧燃燒改造的自主能力。工程前期投資約8500萬元，將依托神華國華電力有限責任公司對其所屬的神木發電公司2×100MWe機組進行富氧燃燒技術改造，改造費用在4億~5億元之間，建成100MWe等級富氧燃燒燃煤發電與二氧化碳捕集示范工程建設，并形成富氧燃燒電站設計、系統運行規程、相關設備等方面的技術標準及規范。屆時，富氧燃燒才算在中國邁入商業化階段的第一步。